This work was supported by National Science Foundation Award No. ECCS 1610995. The authors would like to thank the Institute of Electronics and Nanotechnology and the Parker H. Petit Institute for Bioengineering and Bioscience staff for their support in using shared facilities. The authors also would like to thank Chia-Heng Chu for his help in preparing the manuscript.

코딩 전극 1. 디자인 참고 :도 1a는 미세 패턴 전극의 3 차원 구조를 나타낸다. <ol><li> 미세 유체 채널 (23)을 인코딩하기위한 네 개의 7 비트 골드 코드 세트를 설계한다. <ol><li> 이 선형 피드백 시프트 레지스터 (의 LFSR), 원시 다항식을 나타내는 각을 구축합니다. </li><li> 7 비트 m의 -sequences의 바람직한 쌍을 생성하기 위해 상기의 LFSR을 사용한다. </li><li> 주기적 m의 -sequences의 바람직한 쌍을 이동하고 네 가지 골드 코드를 생성하는 모드 2에 추가합니다. </li></ol></li><li> 부호화 전극 (도 1b)의 레이아웃을 설계한다. <ol><li> 세 개의 코너에 양극, 음극, 및 참조 전극을 나타내는 세 개의 전극 단자를 배치합니다. </li><li> 루트 양극과 음극은 각각의 미세 채널의 양측에 추적. </li><li> 에 양극과 음극을 확장유일하게 할당 된 골드 코드 (그림 1C) 다음 전극 손가락으로 미세 유체 채널. </li><li> 양 및 음의 전극 핑거 사이에 기준 전극을 배치했다. </li><li> 코딩 영역 외부의 도통을 최소화하기 위해 먼 최 기준 전극 핑거로부터의 양 및 음의 전극 흔적을 놓는다. </li></ol></li></ol> 표면 전극 2. 마이크로 참고 :도 2b는 표면에 전극의 제조 프로세스를 나타낸다. <ol><li> 피라냐 용액 4 인치 붕규산 유리 웨이퍼 청소 (98 % 황산을 30 % 과산화수소 = 5 : 1)을 20 분 동안 모든 유기 오염물을 제거하기 위해 120 ℃에서. 20 분 잔류 물을 제거하기 위해 다음 200 ° C 뜨거운 접시에 웨이퍼를 놓습니다. </li><li> 회 전자에 웨이퍼를 전송합니다. 웨이퍼에 2ml의 네가티브 포토 레지스트를 분배 및도 3의 속도로 웨이퍼를 스핀균일하게 코팅하는 40 S 1.5 ㎛의 포토 레지스트 층이 웨이퍼 000 RPM. </li><li> 150 °의 C 뜨거운 접시에 웨이퍼를 놓고 1 분 동안 회전 포토 레지스트를 굽는다. </li><li> 마스크 얼 라이너를 사용하는 크롬 마스크를 통해 365 nm의 자외선 (225 mJ의 / cm 2)에 포토 레지스트를 노출. </li><li> 100 ℃로 핫 플레이트상에서 상기 웨이퍼를 놓고 1 분 동안 노출 된 포토 레지스트를 굽는다. </li><li> 15 초 동안 포토 레지스트 개발 (RD6)에서 웨이퍼를 침지하여 포토 레지스트를 개발한다. 조심스럽게 탈 (DI) 물을 뿌리지 웨이퍼를 세척한다. 압축 질소를 불어 건조. </li><li> 전자 빔 금속 증발기에 패터닝 된 포토 레지스트로 상기 웨이퍼를 배치하고, 3 × 10-6 Torr의베이스 압력에서 웨이퍼 상에 80 nm 두께의 금막 다음 20 nm 두께의 크롬 막을 증착 1 Å / s의 증착 속도. </li><li> 실내 기질에서 30 분 동안 100 %의 진폭을 가진 40 kHz의 주파수로 초음파 조 세트 아세톤으로 금속 코팅 된 웨이퍼를 담가기본이되는 포토 레지스트를 에칭 및 리프트 오프 과정을 완료 ature. </li><li> 기존의 다이 싱 톱을 사용하여 작은 조각으로 웨이퍼를 주사위입니다. </li></ol> 미세 유체 채널의 SU-8 몰드 3. 제작 참고 :도 2a는 미세 유체 채널 용 금형의 제조 공정을 도시한다. <ol><li> 청소 및 2.1에 기재된 방법과 동일한 방법을 이용하여 4 인치 실리콘 웨이퍼를 굽는다. </li><li> 회 전자에 웨이퍼를 전송합니다. 웨이퍼 상에 4 mL의 포토 레지스트를 따르십시오. 코트 포토 레지스트와 웨이퍼. <ol><li> 15 초 동안 500 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀. </li><li> 15 초 동안 1000 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀. </li><li> 60 (S)에 균일하게 도포 한 후, 15 ㎛의 두께의 포토 레지스트 층을 얻기 위해 3,000 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀. </li></ol></li><li> 클린 룸 닦아 아세톤에 배어에 웨이퍼 얼굴을 배치하고 뒷면과 웨이퍼의 가장자리에서 잔류 포토 레지스트를 제거합니다. </li><li> 뜨거운 PL에 웨이퍼를 이동소프트 베이킹에 대한 먹었다. 우선, 1 분 동안 65 ° C에서 웨이퍼 굽는다. 그런 다음 신속하게 95 ° C를 핫 플레이트에 웨이퍼를 이동하고 2 분 동안 굽는다. </li><li> 마스크 얼 라이너를 사용하여 크롬 마스크를 통해 365 nm의 자외선 (180 mJ의 / cm 2)에 포토 레지스트를 노출. </li><li> 1 분 동안 65 ° C에서 웨이퍼 다음 노출을 구워 2 분 후 95 ° C. </li><li> 개발자의 웨이퍼를 담가 부드럽게 3 분의 컨테이너를 흔들어. 그런 다음, 이소프로판올 알코올 (IPA)와 웨이퍼를 씻어 압축 질소를 불어를 건조. 흰 색의 잔류 물이 웨이퍼에 나타나면 다시 개발자로 젖어 긴 시간과 건조를 위해 개발. </li><li> 완전히 건조 30 분 동안 200 ° C 뜨거운 접시에 웨이퍼를 굽는다. </li><li> 균일 성을 보장하기 위해 웨이퍼를 가로 질러 여러 위치에서 프로파일로를 이용하여 패터닝 된 포토 레지스트의 두께를 측정한다. </li><li> 증착 기법을 이용하여 주형 웨이퍼 silanization합니다. TR 200 μL를 추가8 시간에 대한 SU-8 형 웨이퍼와 함께 진공 데시 케이 터에서 페트리 접시 대신 ichlorosilane. </li></ol> 미세 유체 장치의 CODES 4. 어셈블리 <ol><li> 150 mm 직경의 배양 접시에있는 금형으로 4 인치 실리콘 웨이퍼를 배치하고, 모서리에서 테이핑하여 고정한다. </li><li> 10의 비율로 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 예비 중합체 및 가교 결합제를 혼합 : 1이며, 페트리 접시에 50 g의 혼합물을 붓는다. 1 시간 동안 탈기 혼합물을 진공 데시 케이 터에서 페트리 접시를 놓은 다음, 적어도 4 시간 (도 2a)에 대해 65 ° C의 오븐에서 경화. </li><li> 메스를 사용하여 경화 된 PDMS 층을 잘라내어 집게를 사용하여 주형 웨이퍼를 떼어. 증명의 원리 장치의 크기는 대략 20mm × 7mm이다. 그 후, 생검 펀치를 사용하여 미세 유체 채널의 입구 및 출구에 대한 PDMS 내지 1.5 mm의 직경으로 펀치 구멍. </li><li> I 배치하여 PDMS 부분의 패턴면을 청소클린 룸 접착 테이프에 t. </li><li> 아세톤, IPA, 탈 이온수로 세척하여 표면 전극 부착 유리 기판을 세척하고 압축 질소를 사용하여 건조. </li><li> 100 mW에 설정되는 RF 플라즈마 발생기에 대향 각 부품의 미세 가공면을 30 초간 산소 플라즈마에 PDMS 표면과 유리 기판을 활성화. </li><li> 유리 기판 상에 표면 전극이 물리적으로 접촉 두 플라즈마 활성화 된 표면을 가지고 한 후, 광학 현미경을 이용하여 함께 PDMS 미세 유체 채널을 맞추고. </li><li> 핫 플레이트에 대향하는 유리 측에 5 분 동안 70 ℃ 핫 플레이트상에서 장치 굽는다. </li><li> 납땜 와이어와 전극의 접촉 패드를 연결한다. </li></ol> 시뮬레이션 된 생물학적 샘플 5. 준비 <ol><li> RPMI 1640에서 배양 HeyA8 인간 난소 암 세포는 37 ° C에서 10 % 소 태아 혈청 (FBS) 및 1 % 페니실린 - 스트렙토 마이신 CO 2 분위기에서 5 %로 보충그들은 80 %의 합류에 도달 할 때까지. </li><li> 유리 피펫을 사용하여 문화 플라스크에서 미디어를 대기음. 분배 후 흡인 1 배 인산 완충 식염수 (PBS)는 세포를 씻어. </li><li> 37 ° C에서 2 분간 트립신 용액 (/ V W) 부착 세포를 일시 중단 mL의 2에서 0.05 %로 세포를 품어. 그 후, 트립신을 중화하기 위해 배지 4 mL를 첨가. </li><li> 원심 분리기에서 5 분 동안 100 × g에서 세포 현탁액은 시험관에서 세포 펠렛. 그런 다음, 기음 뜨는 완전히. </li><li> 부드럽게 피펫 팅에 의해 기계적 해리 세포 덩어리까지 1 ~ 2 ㎖의 1X PBS의 세포를 다시 일시 중지합니다. </li><li> 피펫으로 세포 현탁액의 작은 금액을 그리기 및 혈구를 사용하여 세포의 수를 계산합니다. </li><li> 105 -10 106 세포 / ㎖의 최종 세포 농도로 시료를 준비하는 PBS로 세포 현탁액을 희석. </li></ol> 6. 미세 유체 CODES 장치를 실행 참고 : 인터넷을gure 3은 실험 구성도이다. <ol><li> 광학 현미경의 무대에 미세 유체 CODES 장치를 놓습니다. </li><li> 전자 함수 발생기를 사용하여 칩상의 상기 기준 전극에 400 kHz의 사인파를 적용한다. </li><li> 전압 신호를 각에서 전류 신호를 변환하는 두 개의 독립적 인 트랜스 임피던스 증폭기에 양극과 음극 감지 전극을 연결합니다. </li><li> 바이폴라 신호를 획득하기 위해 차동 전압 증폭기를 사용하여 음의 감지 전극 전압 신호와 양의 감지 전극 전압 신호를 뺀다. </li><li> 유효성 및 특성을 위해 상기 장치의 광학 기록 동작으로 고속 카메라를 사용한다. </li><li> 주사기 펌프를 이용하여 일정 유량 (50 ~ 1,000 μL / H)로 미세 유동 장치를 통해 CODES 세포 현탁액을 구동한다. </li><li> 로크 인 증폭기를 사용하여 임피던스 변조 신호를 측정한다. <ol><li> 심판에 대한 참조 AC 신호를 연결합니다잠금 기능 증폭기의 퍼런 입력. 입력 신호 잠금 기능 증폭기 차동 바이폴라 신호를 연결합니다. </li><li> 락 - 인 앰프 출력에서 ​​차동 신호의 RMS 진폭을 얻습니다. </li></ol></li><li> 추가 분석을 위해 데이터 수집 보드를 통해 컴퓨터에 1 MHz의 속도로 로크 인 증폭기 출력 신호를 샘플링. </li></ol> 센서 신호 7. 처리 <ol><li> 후 처리 및 디코딩을위한 MATLAB에 기록 된 전기 데이터를 전송합니다. </li><li> 고주파 잡음 (&gt; 2.5 kHz로)를 제거하는 버터 워스 필터 (MATLAB 내장 함수)를 이용하여 디지털 영역에서 기록 신호 필터. </li><li> 센서 신호에서 템플릿 코드 라이브러리를 생성합니다. <ol><li> 장치의 각 센서에 대응하는 대표 겹치지 코드 신호를 확인하고 별도의 파형 벡터와 같은 데이터 세트에서 이러한 신호 블록의 압축을 풉니 다. </li><li> 각 템플릿 코드 파형 벡터를 정규화그 힘에 의해. 신호 전력을 측정 MATLAB 내장 함수 (bandpower)를 사용한다. </li><li> 디지털 전극 위에 셀 흐름 속도의 변화를 수용하기 위해 다양한 기간 정규화 코드 신호의 버전을 생성하여 템플릿 라이브러리 확장 MATLAB 함수 (리샘플링)를 사용한다. </li></ol></li><li> 필터링 된 파형 (SNR&gt; 12dB 임계 값) 활동을 센서에 대응하는 신호 블록을 확인합니다. 임계 값에 따라 SNR과 파형은 잡음으로 처리 될 것이다. </li><li> 연속 간섭 제거에 기초한 반복적 알고리즘이 일반적으로 다중 사용자 CDMA 통신 네트워크 (24) (25)에 사용되는 기술을 이용하여 녹음 된 신호에서의 센서 활동 개별 블록을 디코딩. <ol><li> 내적 슬라이딩 사용하여 라이브러리에있는 모든 템플릿과 각 신호 블록의 상호 상관을 계산합니다. </li><li> larg의 생산 템플릿을 확인EST 자기 상관 피크가 지배적 개별 센서 코드 신호를 결정한다. 자기 상관 피크의 시간 및 진폭 모두를 기록한다. </li><li> 측정 된 자기 상관 피크 진폭에 기초하여 상기 식별 된 템플릿 코드를 스케일링한다 (단계 7.5.2로 결정됨) 타이밍 정보에 의해 추정 센서 코드 신호를 구축. </li><li> 원래의 데이터로부터 추정 된 센서 코드 신호를 뺀다. </li><li> 잔차 신호 수학적 0.5 이하가되는 상관 계수로 정의 템플릿 라이브러리에서 신호를 유사하지 않을 때까지, 7.5.1의 절차를 반복. </li></ol></li><li> 최적화 프로세스를 이용하여 단계 7.5로부터의 센서 신호의 초기 추정을 지금. <ol><li> 각 반복에서 추정 된 각각의 센서 신호를 가산함으로써 상기 신호를 재구성. </li><li> 기록 된 전기 신호에 가장 적합을 생산하는 최초 추정치 주위 개별 센서 신호의 진폭, 지속 시간과 타이밍을 스윕에 기초하여 최소 제곱 근사 26. </li></ol></li><li> 광학 이미지에 전기 신호를 보정하여 셀 크기에 추정 된 센서 신호의 진폭을 변환합니다. </li></ol>

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	<li>De Roy, K., Clement, L., Thas, O., Wang, Y., Boon, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+cytometry+for+fast+microbial+community+fingerprinting.">Flow cytometry for fast microbial community fingerprinting.</a> Water Res. 46 (3), 907-919 (2012).</li><li>Vives-Rego, J., Lebaron, P., Nebe-von Caron, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+and+future+applications+of+flow+cytometry+in+aquatic+microbiology.">Current and future applications of flow cytometry in aquatic microbiology.</a> FEMS Microbiol Rev. 24 (4), 429-448 (2000).</li><li>Alvarez-Barrientos, A., Arroyo, J., Cant&#243;n, R., Nombela, C., S&#225;nchez-P&#233;rez, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+flow+cytometry+to+clinical+microbiology.">Applications of flow cytometry to clinical microbiology.</a> Clin Microbiol Rev. 13 (2), 167-195 (2000).</li><li>Toner, M., Irimia, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blood-on-a-chip.">Blood-on-a-chip.</a> Annu Rev Biomed Eng. 7, 77-103 (2005).</li><li>Mehling, M., Tay, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+cell+culture.">Microfluidic cell culture.</a> Current Opin Biotech. 25, 95-102 (2014).</li><li>Sarioglu, A. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic+device+for+label-free,+physical+capture+of+circulating+tumor+cell+clusters.">A microfluidic device for label-free, physical capture of circulating tumor cell clusters.</a> Nat Methods. 12 (7), 685-691 (2015).</li><li>Cermak, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+measurement+of+single-cell+growth+rates+using+serial+microfluidic+mass+sensor+arrays.">High-throughput measurement of single-cell growth rates using serial microfluidic mass sensor arrays.</a> Nat Biotechnol. , (2016).</li><li>Gossett, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+cell+separation+and+sorting+in+microfluidic+systems.">Label-free cell separation and sorting in microfluidic systems.</a> Anal Bioanal Chem. 397 (8), 3249-3267 (2010).</li><li>Tsutsui, H., Ho, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+separation+by+non-inertial+force+fields+in+microfluidic+systems.">Cell separation by non-inertial force fields in microfluidic systems.</a> Mech Res Commun. 36 (1), 92-103 (2009).</li><li>Edwards, T. L., Gale, B. K., Frazier, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfabricated+thermal+field-flow+fractionation+system.">A microfabricated thermal field-flow fractionation system.</a> Anal Chem. 74 (6), 1211-1216 (2002).</li><li>Wang, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+sorting+of+mammalian+cells+by+optical+force+switching.">Microfluidic sorting of mammalian cells by optical force switching.</a> Nat Biotechnol. 23 (1), 83-87 (2005).</li><li>Shields, C. W., Reyes, C. D., L&#243;pez, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+cell+sorting:+a+review+of+the+advances+in+the+separation+of+cells+from+debulking+to+rare+cell+isolation.">Microfluidic cell sorting: a review of the advances in the separation of cells from debulking to rare cell isolation.</a> Lab Chip. 15 (5), 1230-1249 (2015).</li><li>Gawad, S., Schild, L., Renaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromachined+impedance+spectroscopy+flow+cytometer+for+cell+analysis+and+particle+sizing.">Micromachined impedance spectroscopy flow cytometer for cell analysis and particle sizing.</a> Lab Chip. 1 (1), 76-82 (2001).</li><li>Haandb&#230;k, N., B&#252;rgel, S. C., Heer, F., Hierlemann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+subcellular+morphology+of+single+yeast+cells+using+high+frequency+microfluidic+impedance+cytometer.">Characterization of subcellular morphology of single yeast cells using high frequency microfluidic impedance cytometer.</a> Lab Chip. 14 (2), 369-377 (2014).</li><li>Bayley, H., Martin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resistive-pulse+sensing-from+microbes+to+molecules.">Resistive-pulse sensing-from microbes to molecules.</a> Chem Rev. 100 (7), 2575-2594 (2000).</li><li>Polling, D., Deane, S. C., Burcher, M. R., Glasse, C., Reccius, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coded+electrodes+for+low+signal-noise+ratio+single+cell+detection+in+flow-through+impedance+spectrophy.">Coded electrodes for low signal-noise ratio single cell detection in flow-through impedance spectrophy.</a> , 3-7 (2010).</li><li>Javanmard, M., Davis, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coded+corrugated+microfluidic+sidewalls+for+code+division+multiplexing.">Coded corrugated microfluidic sidewalls for code division multiplexing.</a> IEEE Sensors J. 13 (5), 1399-1400 (2013).</li><li>Balakrishnan, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Node-pore+sensing:+a+robust,+high-dynamic+range+method+for+detecting+biological+species.">Node-pore sensing: a robust, high-dynamic range method for detecting biological species.</a> Lab Chip. 13 (7), 1302-1307 (2013).</li><li>Emaminejad, S., Talebi, S., Davis, R. W., Javanmard, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multielectrode+sensing+for+extraction+of+signal+from+noise+in+impedance+cytometry.">Multielectrode sensing for extraction of signal from noise in impedance cytometry.</a> IEEE Sensors J. 15 (5), 2715-2716 (2015).</li><li>Spencer, D., Caselli, F., Bisegna, P., Morgan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+accuracy+particle+analysis+using+sheathless+microfluidic+impedance+cytometry.">High accuracy particle analysis using sheathless microfluidic impedance cytometry.</a> Lab Chip. 16 (2016), 2467-2473 (2016).</li><li>Liu, R., Wang, N., Kamili, F., Sarioglu, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+CODES:+a+scalable+multiplexed+electronic+sensor+for+orthogonal+detection+of+particles+in+microfluidic+channels.">Microfluidic CODES: a scalable multiplexed electronic sensor for orthogonal detection of particles in microfluidic channels.</a> Lab Chip. 16 (8), 1350-1357 (2016).</li><li>Buehrer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Code+Division+Multiple+Access+(CDMA).">Code Division Multiple Access (CDMA).</a> Synthesis Lectures on Communications. 1 (1), 1-192 (2006).</li><li>Proakis, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Digital Communications. , (1989).</li><li>Patel, P., Holtzman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+a+simple+successive+interference+cancellation+scheme+in+a+DS/CDMA+system.">Analysis of a simple successive interference cancellation scheme in a DS/CDMA system.</a> IEEE J Sel Areas Commun. 12 (5), 796-807 (1994).</li><li>Hui, A., Letaief, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Successive+interference+cancellation+for+multiuser+asynchronous+DS/CDMA+detectors+in+multipath+fading+links.">Successive interference cancellation for multiuser asynchronous DS/CDMA detectors in multipath fading links.</a> IEEE Trans Commun. 46 (3), 384-391 (1998).</li><li>Whittle, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prediction+and+regulation+by+linear+least-square+methods.">Prediction and regulation by linear least-square methods.</a> J Macroecon. 7 (1), 126 (1985).</li><li>Whitesides, G., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+lithography+in+biology+and+biochemistry.">Soft lithography in biology and biochemistry.</a> Annu Rev Biomed Eng. 3 (1), 335-373 (2001).</li><li>Zhe, J., Jagtiani, A., Dutta, P., Hu, J., Carletta, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+micromachined+high+throughput+Coulter+counter+for+bioparticle+detection+and+counting.">A micromachined high throughput Coulter counter for bioparticle detection and counting.</a> J Micromech Microeng. 17 (2), 304-313 (2007).</li><li>Song, Y., Yang, J., Pan, X., Li, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+and+sensitive+particle+counting+by+a+novel+microfluidic+differential+resistive+pulse+sensor+with+multidetecting+channels+and+a+common+reference+channel.">High-throughput and sensitive particle counting by a novel microfluidic differential resistive pulse sensor with multidetecting channels and a common reference channel.</a> Electrophoresis. 36 (4), 495-501 (2015).</li><li>Watkins, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+CD4++and+CD8++T+lymphocyte+counters+for+point-of-care+HIV+diagnostics+using+whole+blood.">Microfluidic CD4+ and CD8+ T lymphocyte counters for point-of-care HIV diagnostics using whole blood.</a> Sci Transl Med. 5 (214), 214ra170 (2013).</li><li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Portable+Coulter+counter+with+vertical+through-holes+for+high-throughput+applications.">Portable Coulter counter with vertical through-holes for high-throughput applications.</a> Sensor Actuat B-Chem. 213, 375-381 (2015).</li><li>Jagtiani, A., Carletta, J., Zhe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+impedimetric+approach+for+accurate+particle+sizing+using+a+microfluidic+Coulter+counter.">An impedimetric approach for accurate particle sizing using a microfluidic Coulter counter.</a> J Micromech Microeng. 21 (4), 045036 (2011).</li><li>Gold, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+binary+sequences+for+spread+spectrum+multiplexing+(Corresp).">Optimal binary sequences for spread spectrum multiplexing (Corresp).</a> IEEE Trans. Inform. Theory. 13 (4), 619-621 (1967).</li><li>Dinan, E., Jabbari, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spreading+codes+for+direct+sequence+CDMA+and+wideband+CDMA+cellular+networks.">Spreading codes for direct sequence CDMA and wideband CDMA cellular networks.</a> IEEE Commun Mag. 36 (9), 48-54 (1998).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

다중 펄스 저항 센서는 이전에 미세 유체 칩 28, 29, 30, 31, 32에 포함되었다. 이러한 시스템에서, 저항 펄스 센서 중 28, 29, 30, 31 멀티플렉싱되지 않은 또는 개별 센서 (32) 상이한 주파수로 구동 될 필요. 두 경우에 전용의 외부 접속은 칩의 각 저항 펄스 센서가 필요하고, 따라서 많은 수의 센서가 큰 하드웨어 복잡도없이 통합 될 수 없었다. 미세 유체 코드의 중요한 장점은 간단한 장치에서 하나의 출력 펄스에서 여러 저항 센서의 동시 판독을 허용한다는 것이다. 우리는 m을 이용하여이를 달성일반적으로 이동 통신에 사용 ultiplexing 기술은 마이크로 유체 장치에 통합 된 마이크로 머시닝 저항 펄스 센서를 설계한다. 본질적으로, 우리의 기술은 입자가 검출 될 때 구별 신호를 생성하도록 각각 설계하여 코드 다중화에 온칩 콜터 카운터의 네트워크에 의존한다. 네트워크의 각각의 미세 가공 된 센서는 이들 전극에 흐르는 입자의 순차적 상호 직교 임피던스 변조 파형을 생성하도록 구성 상이한 주문할 여러 공면 표면 전극 구성된다. 비동기 파티클 센서의 상호 작용을 수용하기 위해 구체적으로 골드 코드 (33), 일반적으로 CDMA 통신 네트워크의 업 링크에서 사용되는 의사 - 직교 디지털 코드를 생성하기 위해 각각의 센서를 설계 하였다. 이들은 임의의 위상차 34 오정렬되면 골드 코드도 일정 수준 직교성을 유지한다. 미crofluidic 코드는 쉽게 확장 가능합니다. 우리가이 문서에서 네 개의 센서 시제품 미세 유체 코드 장치로부터 결과를 제시했지만 나머지 구별 출력 신호를 생성하도록 설계 될 때, 더 많은 센서가 장치 내에 포함될 수있다. 센서 네트워크를 확장하는 한가지 방법은 긴 디지털 코드와 큰 직교 코드 세트에 기초하여 센서를 설계하는 것이다. 더 긴 비트 직교 코드 디코딩 처리에서보다 높은 이득을 제공하고, 간섭이 존재하는 경우는 서로 구별 될 수있다. 한편, 디바이스의 긴 골드 코드는 간섭 센서의 예상 된 수를 증가 큰 센싱 체적을 의미한다. 마찬가지로, 주어진 샘플 밀도 센서의 수를 증가시키는 것은 전체적인 센싱 체적의 증가로 인해 더 많은 중복 된 입자로 이어질 것이다. 이와 같이, 샘플에서의 입자의 밀도는 미세 유체 CODES 기술을 사용하여 고려되어야하는 중요한 파라미터이다. 최대 페이지(a CDMA 통신 네트워크의 채널 용량)와 유사하게 해석 될 수 문서 밀도는 개별 센서 신호와 그 관계의 디코딩 방식의 미세 유체 소자의 레이아웃 및 전자 잡음 레벨 등 여러 가지 요인에 따라 달라진다. 애플리케이션에 따라, 샘플은 수용 가능한 에러 레이트를 발생시키는 입자 밀도에 도달하기 위해 희석 될 수있다. 신호 처리 관점에서 보면, 미세 유동 CODES 장치로부터의 시간 파형의 복호화는 CDMA 네트워크에서의 휴대 전화 통신을 실시간으로 역 다중화 할 수 있다는 사실에 의해 입증되는 바와 같이 현재의 시스템을 이용하여 계산 집약적 아니다. 또한, 물리적 인 이벤트는 미세 유체 장치에서 디코딩 될 우리가 고급 시간 소모적 우리 반복적 SI 겹치는 해결하는 데 사용할 이러한 SIC 같은 알고리즘 최적화 프로세스를 사용할 수 있도록 휴대 전화 통신의 비트 전송 속도보다 훨씬 느리게 일어날센서 gnals. 이와 함께, 마이크로 유체 CODES 용이 그들이 칩 처리로 입자를 추적하여 정량 분석을 구현하는 다양한 미세 유동 장치에 통합 될 수있는 다목적 확장 전자 센싱 기술이다. 이 기술은, (1) (2) 그것이 활성 온 - 칩 구성 요소없이 직접 전자 판독을 제공한다 (3) 소프트 리소그래피와 직접 호환 하드웨어 관점에서 매우 단순하기 때문에 구현하기가 아주 쉽다 및 (4)는 신호 처리 및 데이터 해석에 대한 단순 계산 알고리즘에 의존한다.

이러한 액체 현탁 세포, 박테리아 또는 바이러스와 같은 생물학적 입자의 정확한 검출 및 분석 애플리케이션 (1, 2), (3)의 범위의 큰 관심사이다. 크기가 잘 일치, 마이크로 유체 장치는 고감도, 부드러운 시료 조작하고 잘 제어 된 미세 4, 5, 6, 7 등이 목적에 독특한 이점을 제공한다. 또한, 마이크로 유체 장치는 수동적으로 다양한 특성 8, 9, 10, 11, 12에 기초하여 생물학적 입자의 이종 집단을 분별 유체 역학 및 포스 필드의 조합을 사용하도록 설계 될 수있다. 그 장치에S는, 생성 된 입자 분포를 판독로서 사용될 수 있지만, 공간 정보는 랩 기반으로 묶어서 미세 유동 장치의 실용성을 제한 만 현미경을 통해 일반적으로 접근 할 수있다. 따라서, 그들은 마이크로 유체 장치를 조작하는 것처럼 쉽게, 입자 &#39;시공간 매핑을보고 할 수있는 통합 된 센서는 잠재적으로 저가의 모바일 샘플의 테스트에 특히 매력적이다 통합 된 랩 온어 칩 장치를 활성화 할 수 있습니다 자원 제한 설정. 박막 전극은 다양한 어플리케이션 (13), (14) 마이크로 유체 장치에 통합 센서로서 사용되어왔다. 저항 펄스 감지 (RPS)는이 전기 측정 (15)에서 직접, 강력한 민감하고 높은 처리량 감지 메커니즘을 제공으로 미세 유체 채널 작은 입자의 통합 감지에 특히 매력적이다. RPS에서는 전해액에 침지 한 쌍의 전극 간의 임피던스 변조는, 입자를 검출하기위한 수단으로 사용된다. 입자가 개구를 통과 할 때, 입자 정도의 크기, 개수 및 전류의 과도 펄스의 진폭은 각각 셀 크기 입자에 사용된다. 또한, 센서 감도 형상은 16, 17, 18, 19을 향상 시키거나 미세 유체 채널 (20)에 입자의 수직 위치를 추정하기 위해 저항 펄스 파형을 형성하기 위해 포토 리소 그래픽 해상도로 설계 될 수있다. 우리는 최근 전기 감지 (미세 유체 CODES) (21)에 의해 미세 유체 부호화 직교 검출라는 확장 가능하고 간단한 멀티 플렉스 저항 펄스 감지 기술을 도입했습니다. 미세 유체 CODES는에 의존저항 펄스 센서 네트워크 상호 다중화 가능하도록 각각 고유하게 구별 도통 변조 미세 가공 전극의 배열로 이루어진. 우리는 특히 코드 분할 다중 접속에 사용 된 디지털 코드와 유사 직교하는 전기 신호를 생성하도록 각각의 센서를 디자인했다 (22) (CDMA) 통신 네트워크, 개별 저항 펄스 센서 신호는 유일하게 하나의 출력 파형으로부터 복구 될 수 있도록 짝수 신호로부터하다면 다른 센서를 방해합니다. 이러한 방식으로, 우리의 기술은 최소한의 장치 - 시스템 레벨 복잡성을 유지하면서, 미세 유체 칩상의 다른 위치에서의 입자의 모니터링을 허용하는, 1 차원 전기 신호로 입자의 2 차원 공간 정보를 압축한다. 본 논문에서는 실험 및 전산 미세 유체 CODES 기술을 사용하는 데 필요한 방법뿐만 아니라 연구에 대한 자세한 프로토콜을 제시시뮬레이션 된 생체 시료 분석에서의 사용에서 epresentative 결과. 기술을 설명하기 위해 예로서 네 개의 다중 센서 시제품 장치로부터의 결과를 사용하여, 우리는 (2) 실험 구성의 설명을 포함하는 미세 유체 CODES 기술 마이크로 유체 장치를 생성하는 (1)에 미세 가공에 프로토콜들을 제공 할 전자 광학 및 유체 하드웨어, (3) 다른 센서로부터의 간섭 신호를 디코딩하기위한 컴퓨터 알고리즘, (4) 검출 및 미세 유체 채널의 암세포의 분석 결과. 우리는 상세한 프로토콜을 사용하여 여기에 설명 된 것을, 다른 연구자가 자신의 연구에 우리의 기술을 적용 할 수 있습니다 생각합니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="801">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">98% Sulfuric Acid&#160;&#160;&#160;</td>
			<td style="width:187px;">BDH Chemicals</td>
			<td style="width:119px;">BDH3074-3.8LP</td>
			<td style="width:265px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">30% Hydrogen Peroxide&#160;&#160;</td>
			<td style="width:187px;">BDH Chemicals</td>
			<td>BDH7690-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Trichlorosilane</td>
			<td style="width:187px;">Aldrich Chemistry</td>
			<td>235725-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NR9-1500PY Negative Photoresist</td>
			<td style="width:187px;">Furuttex</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Resist Developer RD6</td>
			<td style="width:187px;">Furuttex</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acetone</td>
			<td style="width:187px;">BDH Chemicals</td>
			<td>BDH1101-4LP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">SU-8 2015 Negative Photoresist</td>
			<td style="width:187px;">Microchem</td>
			<td style="width:119px;">SU8-2015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">SU-8 Developer</td>
			<td style="width:187px;">Microchem</td>
			<td style="width:119px;">Y010200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td style="width:187px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:119px;">3097358-1004</td>
			<td>Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Isopropyl Alcohol</td>
			<td style="width:187px;">BDH Chemicals</td>
			<td style="width:119px;">BDH1133-4LP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">RPMI 1640</td>
			<td>Corning Cellgro</td>
			<td style="width:119px;">10-040-CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>Seradigm</td>
			<td style="width:119px;">1500-050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Penicillin-Streptomycin</td>
			<td style="width:187px;">Amresco</td>
			<td style="width:119px;">K952-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Phosphate-Buffered Saline (PBS)</td>
			<td>Corning Cellgro</td>
			<td style="width:119px;">21-040-CM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">PHD 22/2000 Syringe Pump</td>
			<td style="width:187px;">Harvard Apparatus</td>
			<td style="width:119px;">70-2001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">HF2LI Lock-in Amplifier</td>
			<td style="width:187px;">Zurich Instrument</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">HF2TA Current Amplifier</td>
			<td style="width:187px;">Zurich Instrument</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">Eclipse Ti-U Microscope</td>
			<td style="width:187px;">Nikon Corporation</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:231px;">DS-Fi2 High-Definition Color Camera&#160;</td>
			<td style="width:187px;">Nikon Corporation</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">v7.3 High-speed Camera</td>
			<td style="width:187px;">Phantom</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:231px;">PCIe-6361 Data Acquisition Board&#160;</td>
			<td style="width:187px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;">781050-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:231px;">BNC-2120 Shielded Connector Block</td>
			<td style="width:187px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;">777960-01&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">PX-250 Plasma Treatment System</td>
			<td style="width:187px;">Nordson MARCH&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microfluidic platform with multiplexed electronic detection for spatial tracking of particles

생물학적 시료의 미세 가공은 일반적으로 공간적으로 관심의 생물학적 특성에 기초하여 샘플을 분별하기 위해 다양한 역장 하에서 현탁 입자의 차등 조작을 포함한다. 얻어진 공간적 분포 분석 판독으로 사용되기 위해서는, 마이크로 유체 장치는 종종 높은 비용 및 감소 된 휴대 복잡한 장비를 요구 현미경 분석을 실시한다. 이러한 한계를 해결하기 위해 마이크로 유체 칩상의 다른 위치에서의 입자의 다중 검출을위한 집적 형 전자 감지 기술을 개발했다. 미세 유체 CODES라는 우리의 기술은 1 차원 전기 신호로 2 차원 공간 정보를 압축하는 코드 분할 다중 접속과 저항 펄스 감지를 결합합니다. 본 논문에서는 미세 유동 CODES 기술의 실제 데모 검출 크기 배양 암세포 여러 미세 유체 채널을 통해 분배 제시한다. 같이고속 현미경에 의해 확인, 우리의 기술은 정확한 외부 장비의 필요없이 모든 전자 밀집 세포 집단을 분석 할 수있다. 이와 같이, 미세 유체 CODES 잠재적으로 생물학적 시료의 시점 관리 테스트에 적합 저비용 집적 랩 온어 칩 장치를 활성화 할 수있다.

네 개의 미세 유체 채널을 통해 분산 센서 4 이루어지는 미세 유체 CODES 장치는도 1b에 도시된다. (1) 복수의 셀을 병렬 및 (2) 세포를 전극에 가까이 유지 감도를 증가시키는 전극을 통해 통과 할 수 있도록이 시스템에서, 각 미세 유체 채널의 단면은 셀의 크기에 가깝도록 설계된 . 각각의 센서는 독특한 7 비트의 디지털 코드를 생성하도록 설계된다. 이 장치는 다음 세포 현탁액을 사용하여 시험 하였다. 네 개의 개별 센서에 대응하는 기록 된 전기 신호는 그림 4에 관련 이상적인 디지털 코드로 표시됩니다. 작은 편차가 존재하는 동안 기록 된 신호는 밀접하게, 이상적인 사각 펄스와 일치합니다. 이러한 편차는 서로 다른 전극 쌍의 구형 간의 결합, 공면 전극 사이의 불균일 한 전기장을 포함한 여러 가지 요소의 조합에 기인세포뿐만 아니라, 미세 유체 채널의 셀의 일정한 유속. 우리는 코딩 센서 신호를 기반으로 템플릿 라이브러리를 만들었습니다. 라이브러리의 모든 템플릿에 기록 된 신호를 상관으로, 우리는 최대 자기 상관 피크를 생성 템플릿 (그림 4) 결정. 미세 유체 채널의 디지털 코드들은 서로 직교하도록 설계되기 때문에, 지배적 인 자기 상관 피크 견고이 과정에서 확인 될 수있다. 이 방법을 사용하여, 우리는 계산적 셀을 통과 한 미세 유체 채널, 센서 신호의 지속 시간, 및 셀 따라서 흐름 속도를 결정할 수있다. 여러 셀을 동시에 코딩 전극과 상호 작용할 때 미세 유체 CODES 기술은 상황을 해결할 수 있습니다. 이러한 중복이 발생할 때, 각각의 센서로부터의 신호가 방해 생성 된 파형은 용이 하나와 관련 될 수 없다특정 센서에 대응하는 하나의 템플릿입니다. 정확하게 이러한 중첩 신호를 디코딩하는 간섭이 발생할 가능성이 안정적인 처리 고밀도 샘플에 특히 중요하다. 이벤트 겹치는 해결하기 위해, 우리는 일반적으로 CDMA 통신 네트워크에서 멀티 유저 검출을 위해 사용되는 연속 간섭 제거 (SIC) 기법 24, 25에 기초하여 반복 알고리즘을 개발했다. 도 5는 SIC 알고리즘 네 가지 미세 유체 채널에 네 개의 셀 중첩으로 인한 파형 해결을 구현하는 방법을 보여준다. 각 반복에서, 먼저 템플릿 라이브러리 입력 파형 (도 5a, 1 번째 열)를 상관시킴으로써, 강한 간섭 신호에 대응하는 (도 5a, 2 번째 열) 지배적 인 자기 상관의 피크를 결정 하였다. 선택한 템플릿 및 t을 바탕으로그 후, 우리는 가장 강한 간섭 신호 (도 5a, 3 번째 열)을 추정하고, 입력 파형으로부터이를 감산 자기 상관 진폭을 생성. 잔류 파형을 입력으로 다음 반복에 전달 하였다. 이 공정은 투명한 자기 상관 피크 (도 5a, 5 번째 행, 2 차 플롯)를 제조하지 않았 템플릿 라이브러리 잔차 신호의 상관 될 때까지 계속했다. 간섭 제거 공정의 종료 후, 우리는 각각의 반복 (도 6a)에서 모든 추정 된 신호를 합성하여 파형의 추정치를 재구성. 원래의 파형과 재구성 된 신호 사이의 평균 제곱 오차를 최소화하기 위해 최소 제곱 근사를 기반 최적화 프로세스를 사용하여, 우리는 (도 6b)을 진폭, 지속 기간에 대한 추정치를 업데이트하고, 각각의 센서 코드 신호들의 상대적 타이밍. 또한 크기를 추정셀은 추정 된 개별 센서 신호의 크기에 기초하여 검출. 이를 달성하기 위해 선형 회귀 (도 6b)를 이용하여 광학적으로 측정 된 셀 크기를 갖는 전기 신호의 진폭을 보정. 동시 기록 고속 현미경 화상으로부터 얻어진 정보에 미세 유체 CODES에서 검색 결과의 비교는 세포 크기와 속도를 정확하게 연구 결과 (표 1)의 유효성을 검사하는 측정 할 수 있음을 보여준다. 도 6c는 복호 결과를 검증에 이용되는 동시에 기록 고속 현미경 이미지를 나타낸다. 검색 결과의 재현성도 높은 처리량 샘플 처리를위한 미세 유체 CODES 기술의 성능을 입증하기 위해, 우리는&gt; 1000 셀에 대응하는 전기 신호를 분석 하였다. 신호는 자동으로 설명 된 알고리즘을 실행하여 디코딩 된 MATLAB이상과 검색 결과의 정확도가 직접 녹화를 동시에 고속 비디오로부터 광 데이터 우리의 결과를 비교함으로써 평가 하였다. 우리의 분석은 세포의 96.15 % (973 / 1,012)에서 전기 신호가 정확하게 디코딩 된 것을 나타냅니다. 비 - 중첩하고 중첩 셀 신호를 디코딩 성공률은 98.71 % (697분의 688)은 각각 90.48 % (315분의 285)이다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig1.jpg" /> 네 개의 채널 미세 유체 CODES 장치 1. 디자인 그림. (a) 각각의 미세 채널 전극은 고유 한 디지털 코드를 생성하는 마이크로 패턴된다. 인해 전극 쌍 세포 흐르는 순차적 상호 작용 임피던스 변조 전기 펄스로 이끈다. (b) 미세 유체 CODES 장치의 현미경 이미지. 제조 프로세스 동안, 부호화 표면 전극과 유리 기판 정렬<html> 현미경 PDMS 미세 유체 채널. 7 비트 골드 시퀀스를 생성하는 코드 표면 전극 (c)에 근접 이미지 : &quot;1010110&quot;, &quot;0111111&quot;, &quot;0100010&quot;, &quot;0011000&quot;. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55311/55311fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig2.jpg" /> 도 2의 미세 가공 방법. (a)는 PDMS 미세 유체 채널은 소프트 리소그래피 (27)를 사용하여 제조된다. (b) 상기 표면 전극은 리프트 오프 (lift-off) 공정을 이용하여 제조된다. (c) 최종 장치의 개략적 인 단면도. PDMS 마이크로 유체 채널을 정렬 및 표면 전극 부착 유리 기판에 접합된다. <html> jove.com/files/ftp_upload/55311/55311fig2large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig3.jpg" /> 3. 실험 설정 그림. 주사기 펌프를 사용하여 세포 현탁액을 일정한 유량으로 미세 유체 CODES 장치를 통해 실행된다. 400 kHz의 AC 신호는 함수 발생기를 이용하여 상기 기준 전극에인가된다. 양 및 음의 감지 전극으로부터 전류 신호가 제 개의 트랜스 임피던스 증폭기를 이용하여 전압 신호로 변환하고, 차동 증폭기를 이용하여 서로 감산된다. 차동 신호는 바이폴라 로크 인 증폭기에 의해 추출하고, 신호 처리 및 디코딩하기위한 컴퓨터로 샘플링된다. 고속 광학 현미경은 검증 및 특성화를 위해 장치의 광학적 기록 작업에 사용됩니다.e.jove.com/files/ftp_upload/55311/55311fig3large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig4.jpg" /> 각각의 센서와 그들의 상관 관계 4. 녹음 된 전기 신호를 그림. 기록 신호가 서로 상관 관계가 네 코드 다중화 저항 펄스 센서 주어진다. 센서 (1) (a)는, 센서 (2) (b), 센서 (3) (c) 및 센서 (4) (D)는 7 비트의 디지털 파형을 생성하도록 설계되었다 &quot;1010110&quot;, &quot;0111111&quot;, &quot;0100010&quot;및 &quot;0011000&quot;각각 . 각 센서의 경우, 상단 그림은 각 센서에서 기록 된 정규화 된 신호가 센서를 생산하기 위해 디자인 된 이상적인 사각 펄스 시퀀스와 밀접하게 일치하는 것을 알 수있다. 각 센서, 상기 하부 패널은 기록 된 센서 신호를 나타낸다9]의 자동 상관 및 네트워크 내의 세 개의 다른 코드 다중화 센서에 대응하는 신호와 상호 상관. 각각의 센서들로부터의 디지털 코드들은 서로 직교하도록 설계되어 있기 때문에 모든 경우 자기 상관 피크는 견고하게 식별 될 수있다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55311/55311fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig5.jpg" /> 연속 간섭 취소와 중첩 된 파형을 디코딩도 5. 각 반복에서, 입력 파형 (1 번째 열)는 최대 상관 진폭 (2 번째 컬럼)을 초래하는 특정 템플릿을 식별하기 위해 미리 조립 템플릿 라이브러리와 관련된다. 이러한 특정 템플릿을 사용하여, 강한 간섭 신호 진폭에 기초하여 추정되는및 상기 상관 피크 (제 3 열)로부터 타이밍 정보. 추정 된 신호는 인해 가장 큰 셀에 효과적으로 강한 간섭을 제거, 원래의 파형에서 차감됩니다. 상관 피크는 판별 할 수있을 때까지이 프로세스는 반복된다 (즉, 상관 계수 &lt;0.5) 잔차 신호이다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55311/55311fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig6.jpg" /> 그림 6. 디코딩 결과 분석. (a) 기준 신호는 정제, 재구성 및 최소 제곱 근사를 사용하여 원래의 기록 파형의 최적 획득을 목표로하는 최적화 알고리즘에 기초한다. 최적화 프로세스의 끝에서, (b)타이밍 및 보정 신호의 진폭은 정확한 고속 현미경에 의해 측정 된 셀 파라미터를 반영한다. (c)에 동시에 기록 고속 현미경 이미지는 전기 측정에서 우리의 결과를 확인합니다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55311/55311fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> 측정 유형 </td><td> r에 CH1 (μm의) </td><td> r에 CH2 (μm의) </td><td> r에 CH3 (μm의) </td><td> r에 CH4 (μm의) </td><td> ΔT 1 (MS) </td><td> ΔT 2 (MS) </td><td> ΔT 3 (밀리 초) </td></tr><tr><td> 전기 같은 </td><td> 8.010 </td><td> 6.490 </td><td> 5.300 </td><td> 6.550 </td><td> 0.465 </td><td> 1.705 </td><td> 0.744 </td></tr><tr><td> 광학 </td><td> 8.320 </td><td> 6.770 </td><td> 5.680 </td><td> 7.040 </td><td> 0.375 </td><td> 1.625 </td><td> 0.750 </td></tr></tbody></table> 도 6b의 전기적 및 광학적 측정 셀의 파라미터를 표 1의 비교. 우리의 추정치를 검증하기 위해 광학 고속 현미경 이미지에서 셀 크기를 측정 하였다. 상이한 셀들 간의 상대적 타이밍은 광학적으로 초당 8000 프레임으로 기록 된 고속 비디오의 셀 사이의 프레임 번호에서 측정된다.

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Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

우리는 다수의 미세 채널에서 입자의 검출 및 사이징 다중화, 코드 분할 다중 접속 (CDMA)과 저항 펄스 센서 (RPS)를 결합하는 집적 표면 전극 네트워크와 미세 유체 플랫폼을 보여준다.

입자의 공간 추적을위한 멀티 플렉스 전자 감지와 미세 유체 플랫폼

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

microfluidic-platform-with-multiplexed-electronic-detection-for

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.2K 조회수.  Georgia Institute of Technology.  우리는 다수의 미세 채널에서 입자의 검출 및 사이징 다중화, 코드 분할 다중 접속 (CDMA)과 저항 펄스 센서 (RPS)를 결합하는 집적 표면 전극 네트워크와 미세 유체 플랫폼을 보여준다. 

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A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science. Methods for particle trapping based on optical, magnetic, electrokinetic, and acoustic techniques have led to major advancements in physics and biology ranging from the molecular to cellular level. In this article, we introduce a new microfluidic-based technique for particle trapping and manipulation based solely on hydrodynamic fluid flow. Using this method, we demonstrate trapping of micro- and nano-scale particles in aqueous solutions for long time scales. The hydrodynamic trap consists of an integrated microfluidic device with a cross-slot channel geometry where two opposing laminar streams converge, thereby generating a planar extensional flow with a fluid stagnation point (zero-velocity point). In this device, particles are confined at the trap center by active control of the flow field to maintain particle position at the fluid stagnation point. In this manner, particles are effectively trapped in free solution using a feedback control algorithm implemented with a custom-built LabVIEW code. The control algorithm consists of image acquisition for a particle in the microfluidic device, followed by particle tracking, determination of particle centroid position, and active adjustment of fluid flow by regulating the pressure applied to an on-chip pneumatic valve using a pressure regulator. In this way, the on-chip dynamic metering valve functions to regulate the relative flow rates in the outlet channels, thereby enabling fine-scale control of stagnation point position and particle trapping. The microfluidic-based hydrodynamic trap exhibits several advantages as a method for particle trapping. Hydrodynamic trapping is possible for any arbitrary particle without specific requirements on the physical or chemical properties of the trapped object. In addition, hydrodynamic trapping enables confinement of a "single" target object in concentrated or crowded particle suspensions, which is difficult using alternative force field-based trapping methods. The hydrodynamic trap is user-friendly, straightforward to implement and may be added to existing microfluidic devices to facilitate trapping and long-time analysis of particles. Overall, the hydrodynamic trap is a new platform for confinement, micromanipulation, and observation of particles without surface immobilization and eliminates the need for potentially perturbative optical, magnetic, and electric fields in the free-solution trapping of small particles.

In this article, we present a microfluidic-based method for particle confinement based on hydrodynamic flow. We demonstrate stable particle trapping at a fluid stagnation point using a feedback control mechanism, thereby enabling confinement and micromanipulation of arbitrary particles in an integrated microdevice.

단일 입자 Microfluidic 기반 유체 트랩

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science.  Methods for ...

연구

생체공학

Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that accompany system miniaturisation. Advantages include the ability to efficiently process nano- to femoto- liter volumes of sample, facile integration of functional components, an intrinsic predisposition towards large-scale multiplexing, enhanced analytical throughput, improved control and reduced instrumental footprints.1
In recent years much interest has focussed on the development of droplet-based (or segmented flow) microfluidic systems and their potential as platforms in high-throughput experimentation.2-4 Here water-in-oil emulsions are made to spontaneously form in microfluidic channels as a result of capillary instabilities between the two immiscible phases. Importantly, microdroplets of precisely defined volumes and compositions can be generated at frequencies of several kHz. Furthermore, by encapsulating reagents of interest within isolated compartments separated by a continuous immiscible phase, both sample cross-talk and dispersion (diffusion- and Taylor-based) can be eliminated, which leads to minimal cross-contamination and the ability to time analytical processes with great accuracy. Additionally, since there is no contact between the contents of the droplets and the channel walls (which are wetted by the continuous phase) absorption and loss of reagents on the channel walls is prevented.
Once droplets of this kind have been generated and processed, it is necessary to extract the required analytical information. In this respect the detection method of choice should be rapid, provide high-sensitivity and low limits of detection, be applicable to a range of molecular species, be non-destructive and be able to be integrated with microfluidic devices in a facile manner. To address this need we have developed a suite of experimental tools and protocols that enable the extraction of large amounts of photophysical information from small-volume environments, and are applicable to the analysis of a wide range of physical, chemical and biological parameters. Herein two examples of these methods are presented and applied to the detection of single cells and the mapping of mixing processes inside picoliter-volume droplets. We report the entire experimental process including microfluidic chip fabrication, the optical setup and the process of droplet generation and detection.

Droplet-based microfluidic platforms are promising candidates for high throughput experimentation since they are able to generate picoliter, self-compartmentalized vessels inexpensively at kHz rates. Through integration with fast, sensitive and high resolution fluorescence spectroscopic methods, the large amounts of information generated within these systems can be efficiently extracted, harnessed and utilized.

microfluidic 비말 플랫폼 형광 검출 방법

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that ...

Bridging the Bio-Electronic Interface with Biofabrication

Advancements in lab-on-a-chip technology promise to revolutionize both research and medicine through lower costs, better sensitivity, portability, and higher throughput. The incorporation of biological components onto biological microelectromechanical systems (bioMEMS) has shown great potential for achieving these goals. Microfabricated electronic chips allow for micrometer-scale features as well as an electrical connection for sensing and actuation. Functional biological components give the system the capacity for specific detection of analytes, enzymatic functions, and whole-cell capabilities. Standard microfabrication processes and bio-analytical techniques have been successfully utilized for decades in the computer and biological industries, respectively. Their combination and interfacing in a lab-on-a-chip environment, however, brings forth new challenges. There is a call for techniques that can build an interface between the electrode and biological component that is mild and is easy to fabricate and pattern.
Biofabrication, described here, is one such approach that has shown great promise for its easy-to-assemble incorporation of biological components with versatility in the on-chip functions that are enabled. Biofabrication uses biological materials and biological mechanisms (self-assembly, enzymatic assembly) for bottom-up hierarchical assembly. While our labs have demonstrated these concepts in many formats 1,2,3, here we demonstrate the assembly process based on electrodeposition followed by multiple applications of signal-based interactions. The assembly process consists of the electrodeposition of biocompatible stimuli-responsive polymer films on electrodes and their subsequent functionalization with biological components such as DNA, enzymes, or live cells 4,5. Electrodeposition takes advantage of the pH gradient created at the surface of a biased electrode from the electrolysis of water 6,7,. Chitosan and alginate are stimuli-responsive biological polymers that can be triggered to self-assemble into hydrogel films in response to imposed electrical signals 8. The thickness of these hydrogels is determined by the extent to which the pH gradient extends from the electrode. This can be modified using varying current densities and deposition times 6,7. This protocol will describe how chitosan films are deposited and functionalized by covalently attaching biological components to the abundant primary amine groups present on the film through either enzymatic or electrochemical methods 9,10. Alginate films and their entrapment of live cells will also be addressed 11. Finally, the utility of biofabrication is demonstrated through examples of signal-based interaction, including chemical-to-electrical, cell-to-cell, and also enzyme-to-cell signal transmission. 
Both the electrodeposition and functionalization can be performed under near-physiological conditions without the need for reagents and thus spare labile biological components from harsh conditions. Additionally, both chitosan and alginate have long been used for biologically-relevant purposes 12,13. Overall, biofabrication, a rapid technique that can be simply performed on a benchtop, can be used for creating micron scale patterns of functional biological components on electrodes and can be used for a variety of lab-on-a-chip applications.

This article describes a biofabrication approach: deposition of stimuli-responsive polysaccharides in the presence of biased electrodes to create biocompatible films which can be functionalized with cells or proteins. We demonstrate a bench-top strategy for the generation of the films as well as their basic uses for creating interactive biofunctionalized surfaces for lab-on-a-chip applications.

Biofabrication와 바이오 전자 인터페이스 브리지

Advancements in lab-on-a-chip technology promise to revolutionize both research and medicine through lower costs, better sensitivity, portability, and ...

Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This technology has shown potential in addressing previously challenging applications; including, delivery to primary immune cells, cell reprogramming, carbon nanotube, and quantum dot delivery. This vector-free microfluidic platform relies on mechanical disruption of the cell membrane to facilitate cytosolic delivery of the target material. Herein, we describe the detailed method of use for these microfluidic devices including, device assembly, cell preparation, and system operation. This delivery approach requires a brief optimization of device type and operating conditions for previously unreported applications. The provided instructions are generalizable to most cell types and delivery materials as this system does not require specialized buffers or chemical modification/conjugation steps. This work also provides recommendations on how to improve device performance and trouble-shoot potential issues related to clogging, low delivery efficiencies, and cell viability.

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This protocol provides detailed steps on how to use the system for a broad range of applications.

강력한, 미세 유체 세포 내 전달 플랫폼으로 휴대 뒤쪽에서

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This ...

Microfluidic Platform for Measuring Neutrophil Chemotaxis from Unprocessed Whole Blood

Neutrophils play an essential role in protection against infections and their numbers in the blood are frequently measured in the clinic. Higher neutrophil counts in the blood are usually an indicator of ongoing infections, while low neutrophil counts are a warning sign for higher risks for infections. To accomplish their functions, neutrophils also have to be able to move effectively from the blood where they spend most of their life, into tissues, where infections occur. Consequently, any defects in the ability of neutrophils to migrate can increase the risks for infections, even when neutrophils are present in appropriate numbers in the blood. However, measuring neutrophil migration ability in the clinic is a challenging task, which is time consuming, requires large volume of blood, and expert knowledge. To address these limitations, we designed a robust microfluidic assays for neutrophil migration, which requires a single droplet of unprocessed blood, circumvents the need for neutrophil separation, and is easy to quantify on a simple microscope. In this assay, neutrophils migrate directly from the blood droplet, through small channels, towards the source of chemoattractant. To prevent the granular flow of red blood cells through the same channels, we implemented mechanical filters with right angle turns that selectively block the advance of red blood cells. We validated the assay by comparing neutrophil migration from blood droplets collected from finger prick and venous blood. We also compared these whole blood (WB) sources with neutrophil migration from samples of purified neutrophils and found consistent speed and directionality between the three sources. This microfluidic platform will enable the study of human neutrophil migration in the clinic and the research setting to help advance our understanding of neutrophil functions in health and disease.

This protocol details an assay designed to measure human neutrophil chemotaxis from one droplet of whole blood with robust reproducibility. This approach circumvents the need for neutrophil separation and requires only a few minutes of assay preparation time. The microfluidic chip enables the repeated measure of neutrophil chemotaxis over time in infants or small mammals, where sample volume is limited.

처리되지 않은 전체 혈액에서 호중구 주 화성을 측정하기위한 미세 유체 플랫폼

Neutrophils play an essential role in protection against infections and their numbers in the blood are frequently measured in the clinic. Higher ...

A Microfluidic Platform for Precision Small-volume Sample Processing and Its Use to Size Separate Biological Particles with an Acoustic Microdevice

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. However, to achieve robust sample manipulation it is necessary to address device integration with the macroscale environment. To realize repeatable, sensitive particle separation with microfluidic devices, this protocol presents a complete automated and integrated microfluidic platform that enables precise processing of 0.15&#8211;1.5 ml samples using microfluidic devices. Important aspects of this system include modular device layout and robust fixtures resulting in reliable and flexible world to chip connections, and fully-automated fluid handling which accomplishes closed-loop sample collection, system cleaning and priming steps to ensure repeatable operation. Different microfluidic devices can be used interchangeably with this architecture. Here we incorporate an acoustofluidic device, detail its characterization, performance optimization, and demonstrate its use for size-separation of biological samples. By using real-time feedback during separation experiments, sample collection is optimized to conserve and concentrate sample. Although requiring the integration of multiple pieces of equipment, advantages of this architecture include the ability to process unknown samples with no additional system optimization, ease of device replacement, and precise, robust sample processing.

This protocol describes a system architecture for performing automated small volume (0.15&#8211;1.5 ml) particle separations using a microfluidic device, and discusses methods to optimize acoustofluidic device performance and operation.

미세 유체 정밀 작은 볼륨 샘플 처리를위한 플랫폼 및 음향 마이크로 디바이스로 구분 생물 입자 크기의 사용

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. ...

Photoactivated Localization Microscopy with Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC-PALM)

Protein-protein interactions (PPIs) are key molecular events to biology. However, it remains a challenge to visualize PPIs with sufficient resolution and sensitivity in cells because the resolution of conventional light microscopy is diffraction-limited to ~250 nm. By combining bimolecular fluorescence complementation (BiFC) with photoactivated localization microscopy (PALM), PPIs can be visualized in cells with single molecule sensitivity and nanometer spatial resolution. BiFC is a commonly used technique for visualizing PPIs with fluorescence contrast, which involves splitting of a fluorescent protein into two non-fluorescent fragments. PALM is a recent superresolution microscopy technique for imaging biological samples at the nanometer and single molecule scales, which uses phototransformable fluorescent probes such as photoactivatable fluorescent proteins (PA-FPs). BiFC-PALM was demonstrated by splitting PAmCherry1, a PA-FP compatible with PALM, for its monomeric nature, good single molecule brightness, high contrast ratio, and utility for stoichiometry measurements. When split between amino acids 159 and 160, PAmCherry1 can be made into a BiFC probe that reconstitutes efficiently at 37 &#176;C with high specificity to PPIs and low non-specific reconstitution. Ras-Raf interaction is used as an example to show how BiFC-PALM helps to probe interactions at the nanometer scale and with single molecule resolution. Their diffusion can also be tracked in live cells using single molecule tracking (smt-) PALM. In this protocol, factors to consider when designing the fusion proteins for BiFC-PALM are discussed, sample preparation, image acquisition, and data analysis steps are explained, and a few exemplary results are showcased. Providing high spatial resolution, specificity, and sensitivity, BiFC-PALM is a useful tool for studying PPIs in intact biological samples.

Photoactivated Localization Microscopy with Bimolecular Fluorescence Complementation BiFC-PALM

Protein-protein interactions are visualized in cells with nanometer spatial resolution by combining bimolecular fluorescence complementation (BiFC) with photoactivated localization microscopy (PALM). Described here is the use of BiFC-PALM for imaging Ras-Raf interactions in U2OS cells for visualizing the nanoscale clustering and diffusion of individual Ras-Raf complexes.

이분자 형광 보완과 광 활성화 현지화 현미경 (BiFC-PALM)

Protein-protein interactions (PPIs) are key molecular events to biology. However, it remains a challenge to visualize PPIs with sufficient resolution and ...

A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet high-throughput, method to perform single-cell culture experiments. Here, we report a microfluidic chip-based strategy for high-efficiency single-cell isolation (~77%) and demonstrate its capability of performing long-term single-cell culture (up to 7 d) and cellular heterogeneity analysis using clonogenic assay. These applications were demonstrated with KT98 mouse neural stem cells, and A549 and MDA-MB-435 human cancer cells. High single-cell isolation efficiency and long-term culture capability are achieved by using different sizes of microwells on the top and bottom of the microfluidic channel. The small microwell array is designed for precisely isolating single-cells, and the large microwell array is used for single-cell clonal culture in the microfluidic chip. This microfluidic platform constitutes an attractive approach for single-cell culture applications, due to its flexibility of adjustable cell culture spaces for different culture strategies, without decreasing isolation efficiency.

Here, we present a protocol for isolating and culturing single cells with a microfluidic platform, which utilizes a new microwell design concept to allow for high-efficiency single cell isolation and long-term clonal culture.

높은 처리량 단일 세포의 분리 및 문화를위한 미세 유체 플랫폼

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet ...

Assembly and Tracking of Microbial Community Development within a Microwell Array Platform

The development of microbial communities depends on a combination of complex deterministic and stochastic factors that can dramatically alter the spatial distribution and activities of community members. We have developed a microwell array platform that can be used to rapidly assemble and track thousands of bacterial communities in parallel. This protocol highlights the utility of the platform and describes its use for optically monitoring the development of simple, two-member communities within an ensemble of arrays within the platform. This demonstration uses two mutants of Pseudomonas aeruginosa, part of a series of mutants developed to study Type VI secretion pathogenicity. Chromosomal inserts of either mCherry or GFP genes facilitate the constitutive expression of fluorescent proteins with distinct emission wavelengths that can be used to monitor community member abundance and location within each microwell. This protocol describes a detailed method for assembling mixtures of bacteria into the wells of the array and using time-lapse fluorescence imaging and quantitative image analysis to measure the relative growth of each member population over time. The seeding and assembly of the microwell platform, the imaging procedures necessary for the quantitative analysis of microbial communities within the array, and the methods that can be used to reveal interactions between microbial species area all discussed.

The development of microbial communities depends on a combination of factors, including environmental architecture, member abundance, traits, and interactions. This protocol describes a synthetic, microfabricated environment for the simultaneous tracking of thousands of communities contained in femtoliter wells, where key factors such as niche size and confinement can be approximated.

마이크로 웰 어레이 플랫폼 내 미생물 공동체 개발의 구성 및 추적

The development of microbial communities depends on a combination of complex deterministic and stochastic factors that can dramatically alter the spatial ...

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

In the last decade, microfluidic techniques have been applied to study small animals, including the nematode Caenorhabditis elegans, and have proved useful as a convenient live imaging platform providing capabilities for precise control of experimental conditions in real time. In this article, we demonstrate live imaging of individual worms employing WormSpa, a previously-published custom microfluidic device. In the device, multiple worms are individually confined to separate chambers, allowing multiplexed longitudinal surveillance of various biological processes. To illustrate the capability, we performed proof-of-principle experiments in which worms were infected in the device with pathogenic bacteria, and the dynamics of expression of immune response genes and egg laying were monitored continuously in individual animals. The simple design and operation of this device make it suitable for users with no previous experience with microfluidic-based experiments. We propose that this approach will be useful for many researchers interested in longitudinal observations of biological processes under well-defined conditions.